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1、2.5 2.5 元素周期表与元素周期性质元素周期表与元素周期性质1.元素周期表元素周期表 元素周期表是化学史上的里程碑元素周期表是化学史上的里程碑，1869年，年，Mendeleav发现。发现。周期数、族数、主族、副族、周期数、族数、主族、副族、s,p,d,f,ds区的划区的划分和特点（自学）分和特点（自学）2.原子结构参数原子结构参数 原子的性质用原子结构参数表示。包括：原子的性质用原子结构参数表示。包括：原子原子半径半径(r)、有效核电荷、有效核电荷(Z*)、电离能、电离能(I)、电子亲和能、电子亲和能(Y)、电负性、电负性()、化合价、电子结合能、化合价、电子结合能等。等。原子结构参数分
2、为两类：原子结构参数分为两类：一类一类与气态自由原子的性质关联，如与气态自由原子的性质关联，如I、Y、原子光原子光谱线波长等，与别的原子无关，谱线波长等，与别的原子无关，数值单一数值单一；另一另一类类是用来表征化合物中原子性质的参数，如原子是用来表征化合物中原子性质的参数，如原子半径，因原子并没有明显的边界，原子半径在化半径，因原子并没有明显的边界，原子半径在化合物中才有意义，且随化合物中原子所处环境不合物中才有意义，且随化合物中原子所处环境不同而同而变变。原子半径的数值具有原子半径的数值具有统计平均统计平均的含义，原子半径的含义，原子半径包括：包括：共价半径共价半径(单键、双键、三键单键、双
3、键、三键)、离子半径、离子半径、金属半径和范德华半径金属半径和范德华半径等等。等等。3.原子的电离能原子的电离能 衡量一个原子衡量一个原子(或离子或离子)丢失电子的难易程度，丢失电子的难易程度，非常明显地反映出元素性质的非常明显地反映出元素性质的周期性周期性。由图可明显反映出各族元素的化学性质：由图可明显反映出各族元素的化学性质：(1)稀有气体的稀有气体的I1总是处于极大值总是处于极大值(完满电子层完满电子层)，碱碱金属金属的的I1处于极小值处于极小值(原子实外仅一个电子原子实外仅一个电子)，易形，易形成成一价正离子一价正离子；碱土金属碱土金属的的I1比碱金属稍大，比碱金属稍大，I2仍仍较小，
4、所以易形成较小，所以易形成二价正离子二价正离子。(2)除过渡金属外，同一周期元素的除过渡金属外，同一周期元素的I1基本随基本随Z增加增加而增大而增大(半径减小半径减小)；同一族中随；同一族中随Z增加增加I1减小；因减小；因此此周期表左下角金属性最强，右上角元素最稳定。周期表左下角金属性最强，右上角元素最稳定。(3)过渡金属过渡金属的的I1不规则地随不规则地随Z增加，同一周期中，增加，同一周期中，最外层最外层ns2相同，核电荷加一，相同，核电荷加一，(n1)d轨道加一轨道加一电子，所加电子大部分在电子，所加电子大部分在ns以内，有效核电荷增以内，有效核电荷增加不多，加不多，易失去最外层的易失去最
5、外层的s电子。电子。I1和I2与Z的关系logI/eV习题习题P106：13,146.相对论效应对元素周期性质的影响相对论效应对元素周期性质的影响相对论效应：相对论效应：光速的有限值与把光速看作无穷大时光速的有限值与把光速看作无穷大时互相比较所产生的差异。互相比较所产生的差异。物质的质量随运动速度而变：物质的质量随运动速度而变：201cvmm 相对论的稳定效应：相对论的稳定效应：重原子由于运动速度快，质重原子由于运动速度快，质量增大，轨道半径收缩而使能量降低的效应。量增大，轨道半径收缩而使能量降低的效应。按按Bohr模型，模型，H原子原子1s电子：电子：mv2/r=e2/40r2，mvr=nh
6、/2，则则，mv=nh/2 r v=e2/40r（2 r/nh）e2/2 0hn，n=1，用原子单单位，v=1au=2.187106m/s 只有光速的只有光速的1/137，此时，此时m为为m0的的1.00003倍，倍，差别不大。差别不大。对于原子序数为对于原子序数为Z的原子，的原子，1s电子的平均电子的平均速度为速度为v=Z/n=Zau，速度增大，速度增大Z倍。倍。如如Hg原子原子，Z=80，m=1.23m0，由于，由于r=n2h2 0/me2Z，m增大增大，r收缩收缩。由于正交性，由于正交性，2s，3s，4s，5s，6s等轨等轨道也必将产生大小相当的轨道收缩和相应的道也必将产生大小相当的轨道
7、收缩和相应的能量降低效应。能量降低效应。第第6周期元素的许多性质可用周期元素的许多性质可用6s轨道上的电轨道上的电子具有特别大的相对论稳定效应来解释。子具有特别大的相对论稳定效应来解释。v6=Z6/6。(1)基态电子组态：基态电子组态：第第6周期周期d区元素价层电子区元素价层电子由第由第5周期的周期的4dn5s1变为变为5dn16s2。(2)6s2惰性电子对效应：惰性电子对效应：TlTl(6s26p1)、Pb(6s26p2)、Bi(6s26p3)在化合物中呈在化合物中呈低价态低价态，TlTl比同族的比同族的InIn+半径大，但两个半径大，但两个6s电子却比电子却比InIn+更难电离。更难电离。
8、(3)Au和和Hg的性质差异：的性质差异：二者价电子结构相二者价电子结构相似：似：Au4f145d106s1，Hg4f145d106s2，由，由于于6s轨道收缩，能级显著下降，与轨道收缩，能级显著下降，与5d轨道一轨道一起形成最外层价轨道起形成最外层价轨道。因此。因此Au具有具有类似卤素类似卤素的性质的性质(差一个电子即为满壳层差一个电子即为满壳层)，如在气相中，如在气相中形成形成Au2,可生成可生成RbAu和和CsAu；Hg具有具有类似类似于稀有气体于稀有气体的性质，如气态汞为单原子分子，的性质，如气态汞为单原子分子，I1Z曲线上处于极大值，金属汞中原子间结曲线上处于极大值，金属汞中原子间结
9、合力一部分是范德华引力。与金相比：合力一部分是范德华引力。与金相比：汞的密度为汞的密度为13.53，金的密度为，金的密度为19.32；汞的熔点为汞的熔点为39，金的熔点高达，金的熔点高达1064；汞的熔化热为汞的熔化热为2.30 kJ/mol，金的熔化，金的熔化热为热为12.8 kJ/mol；汞的电导为汞的电导为10.4 kS/m，金的电导达，金的电导达426 kS/m；汞可存在汞可存在Hg22+离子，此时与离子，此时与Au2是等是等电子体。电子体。(4)金属的熔点金属的熔点 由图可见，从由图可见，从Cs到到Hg，熔点先熔点先稳定上稳定上升升，到，到W达达到最大，随到最大，随后后下下降降。这是
10、因为：。这是因为：6s轨道能量的降低，使轨道能量的降低，使5个个5d轨道和轨道和1个个6s轨道一轨道一起组成价轨道。起组成价轨道。平均而言，每个原子的平均而言，每个原子的6个价轨道个价轨道与周围原子形成与周围原子形成3个成键个成键3个反键个反键轨道。轨道。价电子数少于价电子数少于6时，全填在成键轨道上，随价电子时，全填在成键轨道上，随价电子数增加，能量降低增多，结合力增强，熔点稳步数增加，能量降低增多，结合力增强，熔点稳步上升，到价电子数为上升，到价电子数为6的的W，3个成键轨道全满，个成键轨道全满，熔点最高；熔点最高；多于多于6个价电子时，填在反键轨道上，结合力随电个价电子时，填在反键轨道上，结合力随电子数增加而减弱，熔点下降，至子数增加而减弱，熔点下降，至Hg，12个价电子个价电子填满成键和反键轨道填满成键和反键轨道，熔点最低熔点最低。40003000200010000m.p./K 0 2 4 6 8 10 12族数CsBaLaLuHfTaWReOsIrPtAuHg
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